Esplorazione del Cosmo: Domande Fondamentali su Universo e Sistema Solare

Cosmologia e Astrofisica

Cos'è lo spettro elettromagnetico?

È l'insieme di tutte le radiazioni elettromagnetiche:

• Onde radio
• Microonde
• Infrarossi
• Luce visibile
• Raggi UV
• Raggi X
• Raggi gamma

Quanto vale l'unità astronomica?

È la distanza che separa la Terra dal Sole: 1,49 × 10¹¹ m.

Cos'è una galassia?

È un massiccio sistema di stelle, nubi di gas, pianeti, polveri, materia oscura e, forse, energia oscura, legate gravitazionalmente. Una galassia contiene anche sottostrutture quali nebulose, ammassi stellari e sistemi stellari multipli.

Quante stelle possono esistere in una galassia?

È variabile: da 10⁷ stelle per le galassie nane a 10¹² stelle per quelle giganti.

Dove si trova il nostro Sistema Solare?

Nel Braccio di Orione della Via Lattea.

Cos'è il "Gruppo Locale" di galassie?

Il gruppo di galassie a cui appartiene la Via Lattea.

In aggiunta alla nostra galassia a spirale gigante, quale altra galassia c'è nel nostro Gruppo Locale?

La galassia di Andromeda.

Come avviene la classificazione delle galassie?

Si classificano in base alla forma:

• Ellittiche
• Lenticolari
• A spirale
• A spirale barrata
• Irregolari

Cos'è una stella? Quali sono le sue due componenti principali?

Masse di gas, principalmente idrogeno ed elio, che emettono luce. Hanno temperature molto elevate e al loro interno avvengono reazioni nucleari.

Quale temperatura possono raggiungere le stelle "blu" e "rosse"? Quale temperatura approssimativa può avere il nostro Sole?

• Stelle blu: 25.000-50.000 °C
• Stelle rosse: meno di 3500 °C
• Il nostro Sole: 5.000-6000 °C

Descrivere le fasi di una stella dal suo inizio fino a diventare una stella di neutroni.

1. Una nebulosa (nube di gas e polveri), sotto grande pressione e forza gravitazionale, comincia a collassare.
2. Proto-stella.
3. Stella normale, come il Sole.
4. Gigante rossa. In questo processo si formano gli elementi più pesanti.
5. Nebulosa planetaria: la stella ha perso luminosità ed espulso materia nello spazio.
6. Stella di neutroni (dimensioni simili alla Terra).
7. La stella può esplodere causando una nova o supernova. Dopo l'esplosione, la massa può collassare fino a diventare un buco nero.

Cosa sono le stelle doppie? Come possono due stelle stare insieme? Cosa accadrebbe se queste stelle non ruotassero l'una attorno all'altra?

Una coppia di stelle tenute insieme dalla forza di gravità che ruotano attorno al loro centro di massa comune. Se non ruotassero l'una attorno all'altra, si attrarrebbero e si unirebbero.

Cos'è una nebulosa?

Regioni del mezzo interstellare costituite da gas (principalmente idrogeno ed elio) e polveri. Sono il luogo di nascita delle stelle. Esempi: Nebulosa Testa di Cavallo, Nebulosa Clessidra.

Oltre ai telescopi ottici, che tipo di telescopi esistono?

Telescopi a raggi X, radiotelescopi (onde radio), telescopi a infrarossi, telescopi ottici. Si distinguono anche in terrestri e spaziali (come Hubble).

Quali sono i vantaggi dei telescopi spaziali come l'Hubble?

A differenza di quelli terrestri, possono osservare senza la distorsione causata dall'atmosfera terrestre.

Cosa sono le "nova"?

Stelle la cui luminosità aumenta improvvisamente e notevolmente. Espellono materiale nello spazio. Per un tempo variabile, la loro luminosità cresce drasticamente, facendo sembrare che sia nata una nuova stella.

Cosa sono i quasar?

Oggetti estremamente distanti che emettono enormi quantità di energia (sotto forma di onde radio, raggi X o luce visibile). La loro luminosità può essere equivalente a quella di miliardi di soli.

Cosa sono le "pulsar"?

Una sorgente radio pulsante. Sono stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono fasci di energia.

Cos'è un buco nero? Perché gli astrofisici credono che esista, se non si possono vedere?

Corpi celesti con un campo gravitazionale straordinariamente intenso, da cui nulla, nemmeno la luce o la radiazione elettromagnetica, può sfuggire. Gli astrofisici credono che esistano perché i loro effetti gravitazionali sugli oggetti circostanti sono osservabili.

Cos'è la "materia oscura" dell'Universo?

Materia che non può essere rilevata direttamente tramite telescopi ottici, a raggi X o radiotelescopi. La sua esistenza è dedotta dagli effetti gravitazionali che esercita sulla materia visibile e sulla radiazione cosmica di fondo.

Quali prove ci sono per sapere che l'universo è in espansione?

Hubble scoprì che la maggior parte degli oggetti nell'universo si stanno allontanando l'uno dall'altro.

Cos'è la radiazione cosmica di fondo?

Radiazione elettromagnetica nella banda delle microonde che permea l'intero universo.

Che cosa significa la teoria del "Big Bang"? Perché si crede che questa teoria sia vera?

Secondo questa teoria, tra 12 e 15 miliardi di anni fa, tutta la materia dell'universo era concentrata in una piccolissima regione dello spazio ed esplose. La materia fu proiettata con grande energia in tutte le direzioni. Fluttuazioni e instabilità causarono l'aggregazione della materia in alcune regioni più che in altre. Da allora, l'universo continua a espandersi ed evolversi.

Quali sono le fasi successive all'istante del Big Bang? (Avvenuto circa 13,7 miliardi di anni fa)

• Fase di inflazione: Nei primissimi istanti dopo il Big Bang, l'Universo si espanse a velocità enorme. In questi primi momenti, c'era una "zuppa primordiale" di particelle (quark e radiazioni).
• Formazione della materia: Circa tre minuti dopo il Big Bang, iniziarono a formarsi i primi nuclei atomici (protoni e neutroni). L'elemento più semplice è l'idrogeno, il primo a formarsi nell'universo.
• Formazione di stelle e galassie: La forza attrattiva della gravità causò l'aggregazione della materia, portando alla formazione delle stelle. All'interno delle stelle si formarono gli elementi più pesanti.
• L'energia oscura: La sua influenza ha causato un'accelerazione nell'espansione dell'universo negli ultimi 4,7 miliardi di anni.

Cosa prevedono le ipotesi del "Big Rip" e del "Big Crunch"?

• Big Rip: L'espansione dell'universo accelera indefinitamente, lacerando alla fine ogni struttura.
• Big Crunch: L'espansione rallenta e si inverte a causa della gravità, portando a un collasso finale.

Il Sistema Solare

Quali oggetti costituiscono il Sistema Solare?

• Sole
• Pianeti
• Satelliti
• Comete
• Asteroidi

Cos'è il piano dell'eclittica?

Il piano immaginario che contiene l'orbita della Terra attorno al Sole e le orbite della maggior parte degli altri pianeti.

Che cosa dicono le leggi di Keplero?

1. Tutti i pianeti si muovono su orbite ellittiche, con il Sole in uno dei fuochi.
2. Il raggio vettore che unisce un pianeta al Sole spazza aree uguali in tempi uguali (i pianeti si muovono più velocemente quando sono più vicini al Sole).
3. Il quadrato del periodo orbitale di un pianeta è direttamente proporzionale al cubo del semiasse maggiore della sua orbita (i pianeti più lontani dal Sole impiegano più tempo a completare un'orbita).

Definire planetesimo.

Frammento di roccia o ghiaccio che si aggrega nel disco protoplanetario, attirando gravitazionalmente altra materia.

Definire protopianeta.

Stadio intermedio nella formazione di un pianeta, risultante dall'aggregazione di planetesimi.

Quali sono le tappe della formazione del Sistema Solare?

1. Circa 4,5 miliardi di anni fa, una nebulosa molecolare collassa e inizia a ruotare, formando un disco protoplanetario.
2. Si formano i planetesimi.
3. I planetesimi si aggregano per formare i protopianeti.
4. Formazione finale dei pianeti e consolidamento dei satelliti.

Cosa chiamiamo "unità astronomica"?

La distanza media tra la Terra e il Sole: 1,496 × 10¹¹ m.

Perché Mercurio ha temperature estreme?

Perché non ha un'atmosfera significativa che moderi la temperatura.

Dove sorge il Sole su Venere? Perché?

Sorge a ovest, a causa della sua rotazione retrograda.

A cosa potrebbe essere dovuta la rotazione lenta e retrograda di Venere?

Probabilmente a una collisione con un grande asteroide nelle prime fasi della sua formazione.

Da cosa è composta l'atmosfera di Venere?

Principalmente da anidride carbonica, con piccole quantità di azoto e tracce di altri gas, inclusi acidi come l'acido solforico.

Perché Venere è più calda di Mercurio, pur essendo più lontana dal Sole?

A causa dell'intenso effetto serra causato dall'alta concentrazione di anidride carbonica nella sua atmosfera.

Quali condizioni rendono possibile la vita sulla Terra?

L'esistenza di acqua liquida, un'atmosfera protettiva (con un moderato effetto serra, strato di ozono e magnetosfera) e l'abbondanza di ossigeno (O₂).

Confrontare l'atmosfera di Marte con quella della Terra.

L'atmosfera di Marte è molto tenue e poco densa, mentre quella terrestre è molto più densa e ricca.

Descrivere due caratteristiche geografiche di Marte.

• Il Monte Olimpo, un vulcano alto 24 km, il più grande del Sistema Solare.
• La Valles Marineris, un vasto sistema di canyon profondo fino a 7 km.

Ci può essere acqua su Marte?

Si ritiene che in passato ci fosse acqua liquida in superficie. Oggi, l'acqua esiste principalmente sotto forma di ghiaccio ai poli e nel sottosuolo. Potrebbe esserci acqua liquida temporaneamente in alcune condizioni.

Quali sono le due lune di Marte? Come sono?

Fobos e Deimos. Sono piccoli e di forma irregolare.

Quali sono i componenti principali dell'atmosfera di Giove?

Idrogeno ed elio.

Cos'è la Grande Macchia Rossa osservata su Giove?

È un'enorme e persistente tempesta anticiclonica.

Quali sono le lune galileiane di Giove?

Io, Europa, Ganimede e Callisto.

Cosa sono gli anelli di Saturno?

Sono composti principalmente da miliardi di frammenti di ghiaccio e roccia. Si ritiene che siano i resti di lune, comete o asteroidi disintegrati dalla gravità di Saturno.

Qual è la caratteristica principale di Urano?

L'estrema inclinazione del suo asse di rotazione (circa 98°) rispetto al piano della sua orbita.

Come è la rotazione di Urano?

Retrograda.

Come appare Urano?

Ha un aspetto uniforme, di colore blu-verde, ed è circondato da anelli poco visibili.

Prima di essere osservato direttamente, come si sapeva dell'esistenza di Nettuno?

Dalle perturbazioni gravitazionali che esercitava sull'orbita di Urano, calcolate matematicamente.

Qual è il più grande satellite di Nettuno?

Tritone.

Quali sono le caratteristiche dei pianeti nani? Inserire il nome di uno di loro.

• Orbitano attorno al Sole.
• Hanno massa sufficiente affinché la loro auto-gravità superi le forze di corpo rigido e li porti a un equilibrio idrostatico (forma quasi sferica).
• Non hanno "ripulito" la loro orbita da altri oggetti significativi.
• Non sono satelliti di un pianeta.

Esempio: Plutone.